S235 vs S275 – Composição, Tratamento Térmico, Propriedades e Aplicações

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Introdução

S235 e S275 são dois aços carbono estruturais europeus amplamente utilizados, especificados pelas normas EN. Engenheiros, gerentes de compras e planejadores de manufatura comumente ponderam as compensações entre custo, soldabilidade, conformabilidade e resistência ao selecionar entre eles. Os contextos típicos de decisão incluem escolher um grau mais econômico para estruturas levemente carregadas versus um grau de resistência ligeiramente superior onde o tamanho da seção, a redução de peso ou o limite mínimo de escoamento regulatório são críticos.

A principal distinção técnica entre S235 e S275 é sua resistência mínima especificada ao escoamento: S275 tem um limite de escoamento garantido mais alto do que S235. Essa diferença impulsiona a seleção em aplicações de suporte de carga, mas ambos os graus são semelhantes em química e processamento, então outros fatores (soldabilidade, tenacidade, disponibilidade e proteção de superfície) frequentemente determinam a escolha final.

1. Normas e Designações

  • EN: série EN 10025 (mais comum para variantes S235, S275 como S235JR, S235J0, S235J2, S275JR, etc.).
  • ASTM/ASME: Sem equivalentes diretos ASTM um a um; graus ASTM comparáveis são tipicamente especificados com base nas propriedades requeridas em vez de substituição direta.
  • JIS: As normas japonesas classificam os aços estruturais de maneira diferente; a seleção requer correspondência baseada em propriedades.
  • GB (China): As normas GB incluem aços estruturais semelhantes em uso, mas não designações diretas; correspondência por requisitos mecânicos e químicos.

Classificação por família geral de aço: - Tanto S235 quanto S275 são aços estruturais de carbono simples/baixo-liga (não inoxidáveis, não aços para ferramentas, não alto-liga). Algumas variantes de usina podem incluir microligação (Nb, V, Ti) ou processamento termomecânico, que ainda os classifica como aços estruturais (frequentemente agrupados com HSLA quando deliberadamente microligados).

2. Composição Química e Estratégia de Liga

Elemento S235 (presença típica) S275 (presença típica)
C (Carbono) Baixo carbono; controlado para soldabilidade Baixo carbono; pode ser ligeiramente mais alto que S235
Mn (Manganês) Moderado (influenciador primário de resistência e endurecibilidade) Moderado; limites semelhantes ou ligeiramente mais altos para atingir o limite de escoamento alvo
Si (Silício) Pequenas quantidades (desoxidação) Pequenas quantidades
P (Fósforo) Mantido baixo (impureza) Mantido baixo
S (Enxofre) Mantido baixo (impureza) Mantido baixo
Cr, Ni, Mo Não intencionalmente ligado em graus padrão (traços possíveis) O mesmo
V, Nb, Ti (microligação) Pode estar presente em variantes processadas termomecanicamente específicas (traço a pequena %) Pode estar presente em variantes específicas
B (Boro) Tipicamente não adicionado em graus padrão Tipicamente não adicionado
N (Nitrogênio) Controlado; afeta envelhecimento e tenacidade Controlado

Notas: - Os graus EN especificam limites máximos que dependem da espessura e variante (por exemplo, JR, J0). A estratégia geral de liga é uma química de baixo carbono com manganês para fornecer alvos de escoamento/resistência à tração, mantendo boa soldabilidade e conformabilidade. Microligação e laminação termomecânica podem ser usadas para aumentar a resistência sem aumentos significativos de carbono.

Como a liga afeta o comportamento: - O carbono aumenta a resistência e a endurecibilidade, mas reduz a soldabilidade e a tenacidade se elevado. - O manganês contribui para a resistência e a endurecibilidade e contrabalança a fragilização por enxofre. - O silício é principalmente um desoxidante; silício mais alto pode aumentar ligeiramente a resistência. - Elementos de microligação (V, Nb, Ti) refinam o tamanho do grão e permitem maiores resistências ao escoamento através do endurecimento por precipitação e laminação controlada sem grandes aumentos de carbono.

3. Microestrutura e Resposta ao Tratamento Térmico

Microestrutura típica: - S235 e S275 laminados e normalizados são predominantemente ferríticos-perlíticos em microestrutura. O tamanho do grão e a fração de perlita variarão com a taxa de resfriamento e o processamento termomecânico. - Variantes laminadas termomecanicamente ou microligadas mostram tamanhos de grão de ferrita mais finos e carbonetos/precipitados dispersos (NbC, VC, TiC), proporcionando resistência ao escoamento aprimorada em níveis químicos de carbono semelhantes.

Resposta ao tratamento térmico: - Esses graus são projetados principalmente para uso na condição laminada ou normalizada. Eles não são tipicamente fornecidos para têmpera e revenimento, a menos que especificamente encomendados como um grau diferente. - A normalização (aquecimento acima da temperatura crítica e resfriamento ao ar) refina o tamanho do grão e homogeneiza a microestrutura, melhorando a tenacidade. - A têmpera e o revenimento aumentarão a resistência e a tenacidade, mas é incomum para as especificações padrão S235/S275 e pode alterar a conformidade com os requisitos EN 10025. - O processamento controlado termomecânico (TMCP) é comumente usado para alcançar maior resistência (por exemplo, propriedades S275) com baixo carbono, refinando o grão e distribuindo precipitados de microligação.

4. Propriedades Mecânicas

Propriedade S235 (típico por designação EN) S275 (típico por designação EN)
Resistência Mínima ao Escoamento (ReH) 235 MPa (base de designação) 275 MPa (base de designação)
Resistência à Tração (Rm) Faixa típica sobrepõe-se a bandas de aço estrutural (por exemplo, várias centenas de MPa) Tipicamente maior faixa superior do que S235
Alongamento (A) Geralmente boa ductilidade; alongamento tipicamente adequado para conformação (varia com a espessura) Alongamento ligeiramente menor em espessura comparável devido à maior resistência, mas ainda boa ductilidade
Tenacidade ao Impacto Variantes (JR, J0, J2) definem energias mínimas de impacto em temperaturas prescritas; geralmente boa a temperatura ambiente Variantes de tenacidade semelhantes disponíveis; a seleção depende da temperatura de impacto requerida
Dureza Dureza baixa a moderada típica de aços estruturais; facilmente usináveis Dureza ligeiramente mais alta em média devido à maior resistência

Explicação: - S275 é o grau mais forte por design, pois seu limite mínimo garantido é mais alto. O aumento no limite de escoamento geralmente vem com um aumento modesto na resistência à tração e uma pequena redução no alongamento/conformabilidade, mas a tenacidade pode ser igualada selecionando a variante apropriada JR/J0/J2 ou usando processamento normalizado. - Como ambos os graus são de baixo carbono, eles mantêm boa ductilidade e tenacidade ao impacto quando fornecidos na condição de entrega apropriada.

5. Soldabilidade

Fatores chave: - O baixo teor de carbono e baixo teor de liga em ambos S235 e S275 geralmente lhes conferem boa soldabilidade quando procedimentos padrão são seguidos. - Maior equivalência de carbono ou a presença de elementos de microligação aumentam a endurecibilidade e o potencial para trincas a frio; portanto, temperaturas de pré-aquecimento e interpassagem podem ser especificadas para seções mais grossas ou para aços com maior CE ou Pcm.

Índices de soldabilidade úteis: - Equivalente de Carbono (IIW):
$$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Pcm (reduzindo a soldabilidade):
$$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretação: - Para ambos os graus, os valores de CE e Pcm são tipicamente baixos em comparação com aços de liga de alta resistência, indicando soldagem direta com consumíveis e procedimentos padrão. No entanto, à medida que a espessura aumenta ou quando a microligação está presente, CE/Pcm aumentam e controles de soldagem apropriados (pré-aquecimento, temperatura de interpassagem, tratamento térmico pós-solda onde necessário) devem ser aplicados. - Especifique o metal de adição correto para corresponder às propriedades mecânicas e evitar subdimensionamento de juntas críticas. Para estruturas cíclicas ou sensíveis à fadiga, leve em conta tensões residuais e possível dureza na HAZ.

6. Corrosão e Proteção de Superfície

  • S235 e S275 são aços carbono não inoxidáveis; eles não oferecem resistência intrínseca à corrosão atmosférica ou agressiva. As estratégias de proteção incluem:
  • Galvanização a quente para corrosão atmosférica e exposição externa a longo prazo.
  • Sistemas de pintura e primers (por exemplo, epóxi, poliuretano, primers ricos em zinco).
  • Revestimentos locais (spray, pincel) ou metalização para reparo e retoque.

  • Métricas inoxidáveis como PREN não são aplicáveis a aços estruturais não inoxidáveis. Para completude, a fórmula PREN (usada para ligas inoxidáveis) é:
    $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ Este índice é irrelevante para S235/S275 porque seus conteúdos de cromo, molibdênio e nitrogênio são muito baixos e não destinados a fornecer resistência à corrosão.

7. Fabricação, Usinabilidade e Conformabilidade

  • Conformação: Ambos os graus são dúcteis e conformáveis; S235 é geralmente mais fácil de conformar devido ao seu menor limite de escoamento. Quando raios apertados são necessários, S235 pode ser preferido, a menos que o projeto exija a maior resistência de S275.
  • Dobra: O retorno elástico é ligeiramente maior para S275 devido ao maior limite de escoamento; ajuste as ferramentas/dobra de volta conforme necessário.
  • Corte e perfuração: Ambos são facilmente usináveis por plasma, oxi-combustível, laser ou processos mecânicos. O desgaste da ferramenta aumenta modestamente com a resistência; ajuste as alimentações e ferramentas ao passar de S235 para S275.
  • Usinabilidade: Boa para ambos quando nas condições normalizadas/laminadas; se variantes de maior dureza ou produtos fortemente microligados forem usados, a usinabilidade pode declinar.
  • Acabamento: Os requisitos típicos de preparação de superfície e priming são semelhantes; a remoção de respingos de solda e práticas de moagem são idênticas.

8. Aplicações Típicas

S235 (usos típicos) S275 (usos típicos)
Componentes estruturais leves a médios: seções de construção gerais, estruturas, suportes, corrimãos, membros estruturais leves Membros estruturais mais pesados onde maior limite mínimo de escoamento é requerido: estruturas de chassi, componentes de guindaste, vigas e colunas maiores
Seções formadas a frio, estruturas soldadas onde alta ductilidade e boa soldabilidade são prioridades Situações que requerem seções transversais menores para a mesma carga ou onde a economia de peso é benéfica
Peças mecânicas não críticas, equipamentos agrícolas, cercas Peças mecânicas de duty moderado, componentes estruturais em infraestrutura onde resistência ligeiramente maior melhora o desempenho

Racional de seleção: - Escolha S235 onde a conformação, custo e facilidade de soldagem são priorizados e onde o requisito de limite de escoamento do projeto é satisfeito por 235 MPa. - Escolha S275 onde códigos de projeto, casos de carga ou otimização de peso/seção exigem o maior limite de escoamento garantido (275 MPa) enquanto mantém boa soldabilidade e tenacidade.

9. Custo e Disponibilidade

  • Custo relativo: S275 é tipicamente marginalmente mais caro que S235 devido à sua especificação de limite de escoamento mais alto e, às vezes, controle de fabricação/processo mais rigoroso. A diferença de preço é frequentemente modesta nos mercados de produtos de usina.
  • Disponibilidade: Ambos os graus estão amplamente disponíveis em chapas, bobinas, barras e formas estruturais na maioria dos mercados. S235 é extremamente comum para estoque estrutural geral; S275 também é comum, particularmente em regiões ou aplicações que especificam o limite de escoamento mais alto.
  • Formas de produto: Placas e chapas em uma variedade de espessuras; produtos longos (ângulos, canais) e seções; a disponibilidade por espessura e condição de entrega (JR, J0, J2; normalizado; TMCP) varia por usina e região.

10. Resumo e Recomendação

Atributo S235 S275
Soldabilidade Excelente (muito boa) Muito boa, mas ligeiramente mais sensível quando mais espesso ou microligado
Equilíbrio Resistência–Tenacidade Limite mínimo mais baixo; excelente ductilidade Limite mínimo mais alto; opções de tenacidade semelhantes disponíveis com condição de entrega apropriada
Custo Tipicamente mais baixo Tipicamente ligeiramente mais alto

Recomendações: - Escolha S235 se: - O requisito mínimo de escoamento do projeto não exceder 235 MPa. - Facilidade de conformação, menor custo e máxima ductilidade são prioridades. - Você requer a maior disponibilidade padrão para peças estruturais leves a médias.

  • Escolha S275 se:
  • O projeto requer o maior limite de escoamento garantido de 275 MPa para reduzir tamanhos de seção ou peso.
  • Propriedades de tração/escoamento ligeiramente mais altas são necessárias sem passar para aços de alta liga.
  • Você prefere uma margem de resistência para membros estruturais enquanto mantém boa soldabilidade e tenacidade com o processamento correto.

Nota final: Ao selecionar entre S235 e S275, sempre verifique a condição de entrega requerida (JR/J0/J2, normalizado, TMCP), limites dependentes da espessura e quaisquer restrições específicas do projeto (procedimentos de solda, temperatura de impacto, proteção contra corrosão). Combine o grau de aço com os requisitos funcionais (carga, fadiga, ambiente) em vez de apenas preço para evitar retrabalho e garantir desempenho a longo prazo.

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